JP2010051136A - 環境対策車及びその駆動力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により前輪及び後輪のスリップコントロールを行うことによって、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御するようにして、路面状況が変動しても、ホイールスピン及びホイールロックが発生することなく、安定して走行することができ、安全性を向上させることができるようにする。
【解決手段】前後輪独立駆動型の環境対策車であって、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により、前輪及び後輪のスリップコントロールを行う前後輪協調制御手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車等の電気モータを含む駆動系を有する環境対策車及びその駆動力制御方法に関するものである。

従来、車両の動力源として、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の原動機に代わるものとして、燃料電池やバッテリから供給される電力によって回転する電気モータを使用した電気自動車の開発が進められている。電気自動車は、ガソリン、軽油等の燃料を燃焼させないので、排気、騒音等の公害を発生しない等の利点を備えている。

また、駆動源として使用される電気モータが、原動機と比較して小型であり、かつ、発生トルク、回転数等の制御も容易であるため、複数の電気モータによって車両の前後輪を独立して駆動する前後輪独立駆動型の電気自動車の開発が進められている。前後輪を独立して駆動することによって車両の走行安定性が向上するだけでなく、電気モータを前後に配設することによりスペース効率、重量バランス等が向上する（例えば、特許文献１参照。）。
特願２００７−０５８２９５

しかしながら、前記従来の電気自動車においては、濡（ぬ）れた路面のような摩擦係数の低い路面を備える道路、いわゆる、低μ路を走行中に、加速したり制動したりすると、車輪がスリップしたりロックしたりすることがある。もっとも、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の撮像手段が取得した路面の画像に基づいて路面状況を判定し、車輪のスリップやロックをコントロールすることも考えられる。しかし、気象状態が良好であれば前記画像に基づいて路面の摩擦係数をある程度判定することができるが、夜間、雨天、霧中等の悪条件の下で路面の摩擦係数を正確に判定することは不可能である。

本発明は、前記従来の問題点を解決して、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により前輪及び後輪のスリップコントロールを行うことによって、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御するようにして、路面状況が変動しても、ホイールスピン及びホイールロックが発生することなく、安定して走行することができる安全性が高い環境対策車及びその駆動力制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の環境対策車においては、前輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む前輪駆動系と、後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系と、前記前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構とを有する前後輪独立駆動型の環境対策車であって、前記前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により、前輪及び後輪のスリップコントロールを行う前後輪協調制御手段を有する。

本発明の他の環境対策車においては、さらに、前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップコントロールを行うことによって得られた情報を後輪のスリップコントロールに利用する。

本発明の更に他の環境対策車においては、さらに、前記前後輪協調制御手段は、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する。

本発明の更に他の環境対策車においては、さらに、前記前輪駆動系トルク制御機構は、前輪のトルクのデューティ比を調整して平均トルク制御を行うことによって路面の摩擦係数を推定する。

本発明の更に他の環境対策車においては、さらに、前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップ比及び前輪の駆動力の時間変化率を判定条件として、前輪のスリップコントロールを行う。

本発明の更に他の環境対策車においては、さらに、前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップ比が安定限界域内の所定値以上のとき、又は、前輪の駆動力の時間変化率が負であるときに、前輪のスリップコントロールを行う。

本発明の環境対策車の駆動力制御方法においては、前輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む前輪駆動系の駆動トルクと、後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系の駆動トルクとをそれぞれ独立に制御する前後輪独立駆動型の環境対策車の駆動力制御方法であって、前輪駆動系の駆動トルクと後輪駆動系の駆動トルクとを協調制御することにより、前輪及び後輪のスリップコントロールを行う。

本発明によれば、環境対策車においては、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により前輪及び後輪のスリップコントロールを行うようになっている。さらに、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する。これにより、路面状況が変動しても、ホイールスピン及びホイールロックが発生することなく、安全性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における環境対策車の駆動系の構成を示す図、図２は本発明の実施の形態における環境対策車のシステム構成を示す図、図３は本発明の実施の形態における環境対策車のスリップコントロールの有効性を説明する図である。

図において、１１は本実施の形態における環境対策車としての前後輪独立駆動型電気自動車（Ｆｒｏｎｔ−ａｎｄ−Ｒｅａｒ Ｗｈｅｅｌ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｒｉｖｅ Ｔｙｐｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＦＲＩＤ ＥＶ）であり、制御システム１０によってその動作の制御が行われる。なお、本実施の形態において、環境対策車とは、例えば、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車等のように、電気モータを含む駆動系を有する車両である。

そして、前記前後輪独立駆動型電気自動車１１は、前輪を駆動するための電気モータとしての前輪用モータ１２、及び、後輪を駆動するための電気モータとしての後輪用モータ１３を有し、車両の前輪及び後輪をそれぞれ独立して駆動する。また、前輪の左右輪及び後輪の左右輪は、作動機構、すなわち、ディファレンシャルギアを介して、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３の回転軸に連結されている。これにより、前後輪独立駆動型電気自動車１１が左右に旋回する際に発生する内輪差をスムーズに吸収することができる。

本実施の形態において、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に電力を供給する電力源は、例えば、乾電池等の一次電池、バッテリ、キャパシタ等の二次電池等であるが、これらに限定されることなく、燃料電池であってもよいし、太陽電池、原子力電池、熱電池等の物理電池であってもよく、いかなる種類のものであってもよい。

そして、前輪用モータ１２によって前輪を駆動する前輪駆動系と、後輪用モータ１３によって後輪を駆動する後輪駆動系とは、互いに独立した駆動系であり、互いに独立して動作する。なお、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３が発生する出力トルクは、互いに等しくてもよいし、等しくなくてもよい。

また、前記制御システム１０は、前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する前輪駆動系トルク制御機構と、後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する後輪駆動系トルク制御機構とを有する。そして、前記前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構は、前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する。

なお、前記制御システム１０は、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構の他に、中央制御システムを有する。そして、例えば、運転者がアクセルペダル、ブレーキペダル等の操作手段を操作することによって発生する操作入力は、前記中央制御システムにより処理され、前記操作入力に応じた加速、減速等の動作を行うための動作指令が、前記中央制御システムから前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構に対して出力され、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構は、前記動作指令に応じて前輪駆動系及び後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する。これにより、前後輪独立駆動型電気自動車１１は、運転者の操作に従って走行することができる。

さらに、前記制御システム１０は、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御によって、前輪及び後輪のスリップコントロールを行う前後輪協調制御手段を有する。該前後輪協調制御手段は、前輪のスリップコントロールを行うことによって得られた情報を後輪のスリップコントロールに利用する。また、前記前後輪協調制御手段は、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する。

これは、車輪のスリップコントロール技術に基づくものであり、前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとを適切に配分することによって、ホイールスピン及びホイールロックの発生を防止するものである。特に、前輪のスリップコントロールを行うことによって得られた情報を、後輪のスリップコントロールに利用することによって後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを正確にコントロールすることができる。

仮に、スリップコントロールを行わないと、図３に示されるように、低μ路を走行中に加速したり制動したりすると、他の車両に衝突してしまうことがあり得る。しかし、適切なスリップコントロールを行うことによって、本実施の形態における前後輪独立駆動型電気自動車１１は、低μ路を走行中に加速したり制動したりしても、スリップすることなく、安定して走行することができるので、他の車両との衝突を回避することができる。

次に、前記構成の制御システム１０の動作について説明する。まず、スリップコントロールの概略について説明する。

図４は本発明の実施の形態におけるスリップコントロールに基づく駆動力制御の動作を示す図、図５は本発明の実施の形態における車輪路面間の摩擦係数とスリップ比との関係を示す図である。

前後輪独立駆動型電気自動車１１の前輪と後輪とにおける路面状況は相違する。そこで、各車輪に与えられる駆動力を前後輪独立駆動型電気自動車１１を前進させる推力に変換するためには、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３が車輪路面間の摩擦係数に対応した駆動トルクを発生する必要がある。これを達成するために、本実施の形態においては、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３が発生するトルクを車輪がスリップしないようにコントロールするスリップコントロールを前輪及び後輪に適用する。

図４には、本実施の形態におけるスリップコントロールに基づく駆動力制御の動作が示されている。具体的には、前輪が遭遇した路面状況を利用して推測した駆動力の最大許容値に基づいて前輪及び後輪にスリップコントロールを適用する動作が示されている。

前輪のスリップコントロールは２つの条件を考慮して、すなわち、２つの条件を判定条件として行われる。第１の条件は、車輪表面と路面とのスリップ率（Ｓｌｉｐ Ｒａｔｉｏ）、すなわち、スリップ比が安定限界域内の所定値（例えば、０．３）以上のときに前輪のスリップコントロールを行う、というものである。また、第２の条件は、前輪の駆動力Ｆ_dfの時間変化率が負である、すなわち、ｄＦ_df／ｄｔ＜０であるときに前輪のスリップコントロールを行う、というものである。これら２つの条件は、前輪用モータ１２の出力トルクが、安定した状態で前輪に駆動力として伝達されるために必要な条件である。

つまり、図４にも示されているように、まず、スリップ比が安定限界域内の所定値である０．３以上であるか否かを判定し、スリップ比が０．３以上であれば前輪のスリップコントロールを行う。また、スリップ比が０．３以上でなければ、ｄＦ_df／ｄｔが０以上であるか否かを判定し、ｄＦ_df／ｄｔが０未満、すなわち、負であれば前輪のスリップコントロールを行う。

前記第１の条件は、図５に示されるように、スリップ比が安定限界域以下であれば、路面状況と無関係に、駆動力の最大許容値が発生される、という事実に基づくものである。これは、スリップ比が安定限界域以上という限定された状況下でのみ前輪のスリップコントロールを行う、ということを意味する。

ここで、前記安定限界域は、図５において斜線で示される範囲に対応するスリップ比の数値範囲（「Ｓｒｉｐ Ｒｅｇｉｏｎｓ Ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ」及び「Ｓｒｉｐ Ｒｅｇｉｏｎｓ Ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ」として示される範囲 ）であり、図５に示される例では、スリップ比の絶対値が０．１〜０．３の範囲である。

前記安定限界域は、車輪の駆動力（ここでは、制動力も含む）を安定して路面に伝達することができるスリップ比の上限を示す数値範囲である。したがって、スリップ比の値が安定限界域以下であれば、格別のコントロールを行わなくても、車輪の駆動力が安定して路面に伝達されるが、スリップ比の値が安定限界域以上であれば、車輪の駆動力を有効に路面に伝達するためには、適切なスリップコントロールを行うことが必要となる。

なお、前記安定限界域を示す具体的な数値範囲は、車両や車輪によっても変動するが、一般的には、０．１〜０．３の範囲であるので、本実施の形態においては、図５に示されるように、安定限界域は０．１〜０．３であるものとして説明する。

また、車輪の駆動力を安定して路面に伝達することができるスリップ比の上限を示す具体的な数値は、路面状況に応じて、前記安定限界域内で上下する。例えば、凍結路面のような条件の悪い路面状況では、前記数値は０．１に近い数値である。また、例えば、コンクリート舗装された道路の乾燥路面のような条件の良い路面状況では、前記数値は０．３に近い数値である。

本実施の形態におけるスリップコントロールは、広範囲の路面状況に適用されるものであるので、ここでは、スリップ比が安定限界域内の所定値以上となったときに前輪のスリップコントロールを行うこととする。すなわち、前輪のスリップコントロールを行う判定条件として、スリップ比が安定限界域内の所定値以上であることを第１の条件とする。そして、前記所定値は、安定限界域内の値であれば任意に設定可能であるが、本実施の形態においては、０．３であるものとして説明する。

なお、前記所定値は、任意に設定可能であるから、例えば、０．２としてもよいし、０．１としてもよい。さらに、安定限界域が前述のように０．１〜０．３でなく、例えば、より広い数値範囲であるならば、前記所定値を０．３以上の数値、又は、０．１以下の数値としてもよい。

また、前記第２の条件は、前輪又は後輪の駆動トルクの最大限界値、すなわち、τ_fmax又はτ_rmaxの値をゼロに維持するか否かを決定するものである。前記第２の条件が満足されるときは、スリップコントロールによって、スリップ比が前記所定値、すなわち、０．３を超えた直後に、駆動トルクの最大限界値がゼロにセットされる。

前輪及び後輪のスリップコントロールは、いずれも、図２に示される制御システム１０によって行われる。

次に、前輪のスリップコントロールの方法について詳細に説明する。

図６は本発明の実施の形態における推力とスリップ比との関係を示す図、図７は本発明の実施の形態における車輪に付与されるモータの出力トルクのデューティ比を制御することによって路面状況に応じて推力を調整するスリップ比制御の原理を示す図である。

加速時における前輪のスリップ比ｓ_f は、次の式（１）によって定義される。

ここで、ｒω_f は前輪の回転周速度であり、Ｖは前後輪独立駆動型電気自動車１１の車速である。なお、ｒは前輪の半径であり、ω_f は前輪の角速度である。

図６には、駆動力の最大許容値に影響を与えるスリップ比は路面状況に応じて変動するものの、その値は０．３未満であることが示されている。そのため、スリップ比が０．３であることは、前輪のスリップコントロールを開始するための開始条件として利用される。スリップ比が０．３に到達すると、前輪の駆動トルクの最大限界値τ_fmaxがゼロにセットされるので、推力が容易に前輪に伝達される。そして、駆動力Ｆ_dfの時間変化率が正になるまで、すなわち、ｄＦ_df／ｄｔ＞０となるまで（図７に示される例において、ｔ₁ からｔ₂ までの期間。）、τ_fmaxの値はゼロに保たれる。

また、時刻ｔ₂ に前輪のスリップ比ｓ_f が安定した値（０．３未満）になったことが検出されると、前輪の駆動トルクの限界値は最大限界値τ_fmaxにまで増加させられる。そして、時刻ｔ₃ で不安定な状態が検出されるまで、すなわち、ｄＦ_df／ｄｔ＜０となるまで、制御システム１０によって、駆動力は最大限界値τ_fmaxまでの値に保たれる。

このような動作を継続して繰り返すことにより、駆動力は、τ_fmax・ｔ_on（ｎ）／Ｔ_s の値にまで減少する。ここで、ｔ_on（ｎ）はτ_fmaxが前輪に付与される期間であり、Ｔ_s は前輪のスリップコントロールにおけるサンプリングタイムであって、スリップコントロールの対象となる車輪と路面との間の摩擦係数に対応する。路面状況に応じ、前輪に付与される平均トルクは、スリップ比が０．３であることが検出されると、このような動作を繰り返すことによって調整される。

次に、推力の最大値の推定について説明する。

図８は本発明の実施の形態における駆動力とスリップ比との関係を数学的に近似した結果を示す図である。

加速期間中は、車両の前端から後端へ荷重が移動する。このような荷重移動に対応して駆動トルクが適切に後輪に分配されるならば、ホイールスピン及びホイールロックを引き起こすことなく、車両は理想的に加速することができる。しかし、低μ路では、後輪のスピンを引き起こす可能性があるので、このような理論を適用することができない。

このような問題を解決するためには、後輪と路面との間で生じる最大駆動力Ｆ^* _dmaxを推定する必要がある。なお、Ｆ^* _dmax＝μ・Ｗ^* _r である。この場合、Ｗ^* _r は、荷重移動を考慮した場合の後輪荷重である。

ここでは、後輪における路面状況は前輪における路面状況と同様であるものと仮定する。この仮定は、前輪における路面状況によって決まるμを利用して、最大駆動力が推定されることを意味する。本実施の形態において、前輪と路面との間のμの値、及び、Ｗ^* _r の値は、次の式（２）及び（３）によって決定される。

ここで、Ｃ_s は駆動剛性（ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）である。また、前輪の駆動力Ｆ_dfは次の式（４）によって定義される。

また、前記式（３）におけるＷ_r は、次の式（５）によって決定される車両重量である。

ここで、α_dcc はアクセルペダルが踏まれないときの減速度であり、α_acc はアクセルペダルが踏まれないときの加速度である。また、荷重移動係数ｚは、次の式（６）によって求められる。

ここで、Ｈ_car は車両重心位置の高さであり、Ｌ_car はホイールベースである。また、Ｆ_car は、次の式（７）によって定義される。
Ｆ_car ＝α_sensor・Ｗ_r ・・・式（７）
なお、α_sensorは、加速度センサによって検出された加速度である。

図８から分かるように、スリップ比の関数である駆動力の特性は、放物線として近似することができる。そして、駆動剛性Ｃ_s は、次の式（８）によって決定される。

このようにして推定されたμの値及びＷ^* _r の値に基づき、次の式（９）によって駆動トルクの最大限界値τ^* _dmaxを得ることができる。

次に、後輪のスリップコントロールの方法について詳細に説明する。

加速時における後輪のスリップ比ｓ_r は、次の式（１０）によって定義され、図４に示されるように制御される。

ここで、ｒω_r は後輪の回転周速度であり、ｒは後輪の半径であり、ω_r は後輪の角速度である。

そして、スリップ比が０．３に到達すると、後輪の駆動トルクの最大限界値τ_rmaxがゼロにセットされる。その後、前輪の場合と同様の駆動力制御が行われる。前輪のスリップコントロールと後輪のスリップコントロールとの相違点は、後輪の駆動力が前記式（９）によって得られた駆動トルクの最大限界値τ^* _dmaxに基づいて制御されることである。後輪が発生する駆動力が路面状況に応じた適切な値を得るように変化させられるので、低μ路上であっても車輪のスリップを防止することができる。

ここで、駆動力の制御がすべてのサンプリングタイムＴ_s で行われるので、前輪のスリップコントロールが行われている間に取得された情報は、前記サンプリングタイムＴ_s の後に後輪のスリップコントロールを行う間に利用される。したがって、ある車速ＶでホイールベースＬ_car に相当する距離を走行する時間がサンプリングタイムＴ_s より短いと、本実施の形態における後輪のスリップコントロールの方法を適用することができない。

本実施の形態における後輪のスリップコントロールの方法は、車速Ｖが次の式（１１）で決定される最高速度Ｖ_max 未満のときに有効である。
Ｖ_max 〔ｋｍ／ｈ〕＝３．６×（Ｌ_car 〔ｍ〕／Ｔ_s 〔ｓ〕） ・・・式（１１）
なお、車速Ｖが前記最高速度Ｖ_max 以上のときは、前輪及び後輪のスリップを独立に制御する駆動力制御の方法が適用される。

次に、制御システム１０の検証結果について説明する。

図９は本発明の実施の形態におけるシミュレーションで使用した道路条件を示す図、図１０は本発明の実施の形態における制御システムの路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図、図１１は本発明の実施の形態における制御システムの登坂路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動トルクの検証結果を示す図、図１２は本発明の実施の形態における制御システムの登坂路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図、図１３は本発明の実施の形態における制御システムの降坂路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図、図１４は本発明の実施の形態における制御システムの降坂路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図、図１５は本発明の実施の形態における制御システムの平坦（たん）路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御方法の検証結果を示す図、図１６は本発明の実施の形態における制御システムの平坦路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図、図１７は本発明の実施の形態における制御システムの高速領域で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。

ここでは、前後輪独立駆動型電気自動車１１に前述の駆動力制御の方法を適用した場合の走行性能を評価した。前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３として、それぞれ、使用される定格出力３０〔ｋＷ〕（最大トルク：１７０〔Ｎｍ〕）のシンクロナスモータ、及び、定格出力２５〔ｋＷ〕（最大トルク：２５０〔Ｎｍ〕）のインダクターモータに搭載された駆動力制御システムが、走行中の車両が遭遇する種々の道路条件を想定したシミュレーションにより検証された。図９には、シミュレーションで使用された道路条件が示されている。なお、シミュレーションは、前輪用及び後輪用のトルクリミッターの値を１７０〔Ｎｍ〕にセットして行われた。

また、走行性能のシミュレーションは、車速領域を２つの領域、すなわち、車速Ｖが最高速度Ｖ_max 未満（Ｖ＜Ｖ_max ）の領域、及び、車速Ｖが最高速度Ｖ_max を超える（Ｖ＞Ｖ_max ）領域に分けて行われた。前者は、図９〜１５にその結果が示されるように、駆動力制御が前輪及び後輪を協調させるように適用される領域であり、後者は、図１６にその結果が示されるように、駆動力制御が前輪及び後輪に独立に適用される領域である。

図１０には、前後輪独立駆動型電気自動車１１が乾燥路面（μ＝０．７）から低μ路（μ＝０．１）に進入したとき（図９におけるＳｔａｔｅＩに対応）のシミュレーションの結果が示されている。この場合、前輪のスリップ比は、低μ路においてホイールスピンを防止可能な値である０．３に保たれ、後輪のスリップ比は、前輪のスリップ比よりも低い値である０．１に保たれている。また、後輪のスリップは、前輪のスリップコントロールを行うことによって得られた情報に基づいて行われる。

図１１及び１２には、前後輪独立駆動型電気自動車１１が登坂路を走行中（図９におけるＳｔａｔｅIIに対応）のシミュレーションの結果が示されている。シミュレーションは２つのケースについて行われた。１つのケースは、路面が低μ路（μ＝０．１）から乾燥路面（μ＝０．７）に変化するケースである。他の１つのケースは、路面が乾燥路面（μ＝０．７）と低μ路（μ＝０．１）とに分かれるケースである。これらのケースが出現する時刻ｔ₁ とｔ₂ との間の期間において、前輪と後輪との間での駆動力の配分を協調的に行うことによって、スリップコントロールは効果的に行われた。これにより、前後輪独立駆動型電気自動車１１の動作が安定していることが確認された。

図９、降坂路の走行であるＳｔａｔｅIII に対応する図１３及び１４、並びに、平坦路の走行であるＳｔａｔｅIVに対応する図１５及び１６に示されるように、本実施の形態における駆動力制御の方法の有効性は、種々の相違する走行条件を想定して行われたシミュレーションの結果によって検証された。

さらに、高速領域では、図１７に示されるように、駆動力制御によって前輪及び後輪のスリップコントロールを独立して行い、これにより、効果的にスリップ比の値を０．３未満に抑制した。

したがって、本実施の形態における駆動力制御の方法により、種々の道路条件においても、前後輪独立駆動型電気自動車１１の動作を安定させることが可能であることが確認された。

このように、本実施の形態においては、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御を行う。これにより、前後輪独立駆動型電気自動車１１の車速が所定車速に到達するまでは、前輪及び後輪のスリップコントロールを協調的に行うことができる。また、車速が前記所定車速を超えると、前輪及び後輪のスリップは独立して制御される。

そして、本実施の形態における駆動力制御の方法の有効性は、種々の道路条件を想定したシミュレーションによって検証された。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における環境対策車の駆動系の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における環境対策車のシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態における環境対策車のスリップコントロールの有効性を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるスリップコントロールに基づく駆動力制御の動作を示す図である。 本発明の実施の形態における車輪路面間の摩擦係数とスリップ比との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における推力とスリップ比との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における車輪に付与されるモータの出力トルクのデューティ比を制御することによって路面状況に応じて推力を調整するスリップ比制御の原理を示す図である。 本発明の実施の形態における駆動力とスリップ比との関係を数学的に近似した結果を示す図である。 本発明の実施の形態におけるシミュレーションで使用した道路条件を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの登坂路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動トルクの検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの登坂路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの降坂路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの降坂路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの平坦路で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの平坦路で路面状況が乾燥路面と低μ路とに分かれたときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。 本発明の実施の形態における制御システムの高速領域で路面状況が乾燥路面から低μ路に変化したときの駆動力制御の方法の検証結果を示す図である。

符号の説明

１１ 前後輪独立駆動型電気自動車
１２ 前輪用モータ
１３ 後輪用モータ

Claims (7)

1. （ａ）前輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む前輪駆動系と、
   （ｂ）後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系と、
   （ｃ）前記前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構とを有する前後輪独立駆動型の環境対策車であって、
   （ｄ）前記前輪駆動系トルク制御機構と後輪駆動系トルク制御機構との協調制御により、前輪及び後輪のスリップコントロールを行う前後輪協調制御手段を有することを特徴とする環境対策車。
2. 前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップコントロールを行うことによって得られた情報を後輪のスリップコントロールに利用する請求項１に記載の環境対策車。
3. 前記前後輪協調制御手段は、前輪駆動系トルク制御機構が推定した路面の摩擦係数に基づいて後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する請求項２に記載の環境対策車。
4. 前記前輪駆動系トルク制御機構は、前輪のトルクのデューティ比を調整して平均トルク制御を行うことによって路面の摩擦係数を推定する請求項３に記載の環境対策車。
5. 前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップ比及び前輪の駆動力の時間変化率を判定条件として、前輪のスリップコントロールを行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の環境対策車。
6. 前記前後輪協調制御手段は、前輪のスリップ比が安定限界域内の所定値以上のとき、又は、前輪の駆動力の時間変化率が負であるときに、前輪のスリップコントロールを行う請求項５に記載の環境対策車。
7. （ａ）前輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む前輪駆動系の駆動トルクと、
   （ｂ）後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系の駆動トルクとをそれぞれ独立に制御する前後輪独立駆動型の環境対策車の駆動力制御方法であって、
   （ｃ）前輪駆動系の駆動トルクと後輪駆動系の駆動トルクとを協調制御することにより、前輪及び後輪のスリップコントロールを行うことを特徴とする環境対策車の駆動力制御方法。

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